La liofilización es un proceso para secar productos sin alterar su composición cualitativa y cuantitativa. Se trata de una técnica consistente en la congelación y posterior eliminación del agua en forma de vapor para obtener un producto seco. Los productos liofilizados pueden almacenarse durante largos períodos de tiempo manteniendo sus propiedades físicas, químicas, biológicas y organolépticas. Este procediendo se realiza al vacío y a baja temperatura, lo que requiere un alto consumo energético, aspecto que es determinante a la hora de valorar la viabilidad de cualquier proyecto de liofilización y que lleva a las empresas liofilizadoras a buscar las soluciones industriales con la eficiencia energética más óptima posible. 

En términos de optimización del consumo energético existen varias formas de mejorar el proceso de liofilización para hacerlo más eficiente. Aunque el diseño y la selección de los equipos de liofilización influyen en la eficiencia energética, los parámetros a tener en cuenta para conseguir el mayor ahorro de energía son: 

  • La optimización de los parámetros de liofilización. 
  • El uso de tecnologías de refrigeración más eficientes. 
  • La recuperación de calor. 
  • El aislamiento adecuado de las cámaras de liofilización y el control preciso de los flujos de aire para contribuir a una mayor eficiencia energética. 
Liofilizador para desarrollo

La elección del liofilizador adecuado es fundamental para reducir el consumo de energía. Nos encontramos que en el mercado se usan liofilizadores de investigación y desarrollo para tareas de producción que nunca serán rentables desde un punto de vista energético, ya que están diseñados para evaluar procesos y extraer datos de cara a optimizar una receta o analizar la viabilidad de un producto determinado. Y al revés, máquinas de producción donde se desarrollan procesos. 

Una vez seleccionado el equipo más apropiado para el material a liofilizar y analizada la cantidad a producir sopesando los sistemas de limpieza y esterilización, pasaríamos a evaluar la optimización de los parámetros de trabajo. 

Optimización de los parámetros de liofilización

Gráfica del proceso de liofilización.

El impacto de las condiciones de liofilización en el consumo energético del proceso depende de varios parámetros: 

  • La temperatura de congelación. Una temperatura de congelación idónea implica un menor consumo de energía ya que un congelamiento más rápido reduce el tiempo necesario para la sublimación. 
  • La presión en la cámara de liofilización. La presión en la cámara del equipo liofilizador también es crucial. Una presión baja puede ser contraria para una veloz sublimación, por lo que debe equilibrarse con los requisitos del producto a liofilizar. 
  • La tasa de sublimación del hielo. Sobre la velocidad de congelación es especialmente importante conocer la temperatura eutéctica del producto si es cristalino, o la temperatura de transmisión vítrea si es amorfo. 
  • La eficiencia del sistema de refrigeración. La tasa de sublimación del hielo está estrechamente relacionada con la transferencia de calor y el funcionamiento eficiente del sistema de refrigeración. Un diseño preciso de este sistema, que minimice pérdidas de calor y maximice la eliminación de calor durante la sublimación, puede mejorar el rendimiento energético. Además, el diseño del ciclo de refrigeración y la selección de refrigerantes pueden influir en el ahorro de energía durante el proceso. 

El uso de tecnologías de refrigeración más eficientes

Liofilizador con refrigeración eficiente para alimentación y principios químicos

Algunas de las tecnologías de refrigeración más eficientes que se utilizan en los liofilizadores incluyen: 

  • Refrigeración por absorción. Este tipo de refrigeración utiliza una combinación de calor y un absorbente para transferirlo de un lugar a otro. Es una tecnología eficiente y rentable, pero puede ser voluminosa y requerir un mantenimiento regular. 
  • Refrigeración por compresión. Esta clase de refrigeración es la más común en los liofilizadores. Utiliza un compresor para comprimir un gas que luego se utiliza para transferir el calor. Es un sistema eficiente, pero puede ser ruidosa y generar residuos. 
  • Refrigeración por evaporación. Este método de refrigeración utiliza la evaporación de un líquido para absorber el calor. Es una tecnología eficiente y silenciosa, pero puede requerir un mantenimiento regular. 

El uso de tecnologías de refrigeración más eficientes en los liofilizadores ofrece beneficios destacables en la producción industrial: 

  • Reducción de los costes de energía. La refrigeración es una de las principales fuentes de consumo en los liofilizadores. El uso de tecnologías de refrigeración avanzadas ayuda a reducir los costos energéticos de forma significativa. 
  • Mejora de la calidad del producto. El sistema de refrigeración más eficiente reduce la formación de cristales de hielo durante el proceso de liofilización. Esto puede ayudar a mejorar la calidad del producto y prolongar su vida útil. 
  • Aumento de la flexibilidad operativa. Las técnicas de refrigeración modernas repercuten en la conservación de energía, por lo que los liofilizadores pueden funcionar a temperaturas más bajas. Esto puede ayudar a los fabricantes a ampliar la gama de productos que pueden liofilizar. 

El diseño de liofilizadores y procesos de producción ecológicos es una tendencia creciente en la industria de la liofilización. A medida que los costos de la energía siguen aumentando y las condiciones de fabricación deben adaptarse a normativas cada vez más exigentes, los fabricantes invierten en tecnologías para reducir el consumo de energía.  

La recuperación de calor en el proceso de liofilización

Equipo Barnalab Liofilizados con el que se realiza el proceso de liofilización de alimentos.

La recuperación de calor es una fase que utiliza el calor residual de un proceso para calentar un fluido o un proceso diferente. En el caso de los liofilizadores, el calor residual se genera durante la congelación y sublimación. 

La reutilización de la energía en los liofilizadores es altamente beneficiosa: 

  • Reducción del gasto de energía. La recuperación de calor disminuye el consumo de energía de un liofilizador. Esto se debe a que el calor residual se utiliza para calentar el fluido de proceso, por lo que no se necesita utilizar una fuente externa de calor. 
  • Mejora de la eficiencia. El proceso de integración de calor incide en la eficiencia de la máquina liofilizadora ya que se aprovecha el calor residual que de otro modo se desperdiciaría. 
  • Reducción de las emisiones. La reutilización por el liofilizador de la energía térmica reduce las emisiones de gases de efecto invernadero.  

Existen diferentes formas de recuperar calor en los liofilizadores. Una forma común es utilizar un intercambiador para transferir el calor residual de un proceso a otro. Otro método es el uso de un sistema para condensar el vapor de agua que se genera durante el proceso de deshidratación. 

La sensibilización industrial por la ecoeficiencia hace que las empresas especializadas en la fabricación de liofilizadores o en servicios de liofilización por encargo trabajen día a día en pro de la sostenibilidad. 

A continuación, pueden verse algunos ejemplos específicos de cómo se puede recuperar calor en los liofilizadores: 

  • Recuperación del calor de la condensación. El vapor de agua que se genera durante el proceso de deshidratación puede condensarse para recuperar el calor. Este se puede utilizar para calentar el fluido de proceso, el aire de circulación o el agua de refrigeración. 
  • Recuperación del calor de la compresión. El compresor utilizado para comprimir el gas refrigerante genera energía. Esta se usa también para calentar el fluido de proceso, el aire de circulación o el agua de refrigeración. 
  • Recuperación del calor de la evaporación. El líquido utilizado para absorber temperatura en un sistema de refrigeración por absorción genera calor cuando se evapora. Al igual que en los casos anteriores se aprovecha en los procesos de calentamiento de fluidos, aire de circulación o agua de refrigeración. 

La reutilización de la energía en los liofilizadores es una tecnología compleja que requiere un diseño cuidadoso. Como expertos en servicios de liofilización a terceros, en Barnalab aplicamos esta tecnología para una optimización del consumo en la fabricación de nuestros liofilizadores y en el diseño de los procesos de liofilización. Además, nuestras instalaciones disponen de placas solares para bajar el consumo eléctrico e incorporan resistencias eléctricas a 24v continua. 

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